Fundamentos de Física

Descrição

PREFACIO A 2.? EDICAO Escrever um livro de Fisica a um nivel elementar nao e tarefa simples. O que nos motivou a embarcar neste empreendimento foi a necessidade que sentimos, como professoras desta disciplina durante longos anos, de elementos de estudo adequados a grande maioria dos alunos que frequentam a disciplina de Fisica no 1.° ano de diversos cursos das Faculdades de Ciencias. O livro "Fundamentos de Fisica", agora em segunda edicao, surgiu como resposta a tais necessidades e a comentarios de colegas e alunos sobre a sua utilidade. Esta edicao foi escrita com base na primeira, tendo sido incorporadas alteracoes ou acrescentados topicos que nos foram sendo sugeridos pela interaccao com os estudantes ou pelo dialogo com outros docentes. O primeiro objectivo de uma disciplina de Fisica a um nivel elementar nao pode deixar de ser o da aquisicao fundamentada de bases para as disciplinas especificas que a esta se seguirao ao longo do curso, contribuindo para a estruturacao do pensamento cientifico, indispensavel ao conhecimento do mundo fisico. Assim, o estudante - aprendiz da Fisica - deve estar consciente de que, antes de abordar temas mais complexos que porventura encontra em revistas de divulgacao e apelam para a sua imaginacao, deve ser capaz de dominar outros, talvez menos interessantes mas essenciais, sem os quais nunca podera compreender e consequentemente utilizar de modo conveniente, o avanco do saber cientifico e tecnologico que inevitavelmente ocorrera num mundo em rapida mutacao. Atraves de conteudo do capitulo I - Introducao - pretende-se "abrir uma porta" permitindo um rapido olhar que de a entender que algum tempo passado na ante-sala permitira uma progressao segura por entre tantos caminhos entrevistos. E nossa experiencia pessoal que o estudante que frequenta um primeiro curso de Fisica se sente muitas vezes "bloqueado" na sua aprendizagem pela falta de conhecimentos matematicos que reconhece serem necessarios e nao possui ou ja esqueceu porque nao os aplicou. Para obviar a estas dificuldades apresentam-se no Apendice A nocoes essenciais de Calculo Vectorial, acompanhadas de exercicios e aplicacoes, fornecendo-se ainda indicacoes breves de Calculo Integral, necessarias e suficientes para lidar com aos temas tratados ao longo do livro. No capitulo II - Cinematica - lancam-se e estruturam-se as bases para o estudo de qualquer movimento, fazendo-se de seguida a sua aplicacao a movimentos simples, de observacao diaria e importancia pratica. Os capitulos III e IV tratam a Dinamica do ponto material e os temas Trabalho e Energia: partindo do conceito de forca e das leis e principios da Dinamica, introduzem-se e relacionam-se nocoes uteis no estudo da mecanica - quantidade de movimento ou momento linear, impulso, momento angular e trabalho. A exploracao deste ultimo conceito leva naturalmente a descoberta de campos de forcas conservativas e as nocoes de energia potencial e potencial. O capitulo V - Movimentos Vibratorios - trata, nos seus aspectos cinematicos e dinamicos, o movimento harmonico simples, escolhido para ilustrar os conceitos adquiridos, devido a diversidade de situacoes fisicas em que ocorre. Tratam-se brevemente as oscilacoes amortecidas e as forcadas, introduzindo-se o conceito de ressonancia. O estudo do Campo Gravitico e feito na capitulo VI. Discutem-se aqui, de modo comparativo, as nocoes de massa gravitica e de inercia, bem como o conceito de imponderabilidade. No capitulo VII inicia-se o estudo de Sistemas de Particulas. Generalizam-se a sistemas de varias particulas conceitos e leis aplicaveis a uma particula e fazem-se consideracoes sobre as varias formas de energia dos sistemas, estabelecendo-se uma ligacao com a Termodinamica. Estuda-se o solido inde-formavel e a torsao em torno de um eixo fixo. No capitulo VIII - Mecanica dos Meios Continuos - depois de uma introducao as propriedades elasticas dos solidos, abordam-se os principios da estatica e dinamica de fluidos nao viscosos, tecendo-se depois breves consideracoes sobre os fluidos viscosos. O capitulo IX - Electrostatica - e dedicado ao estudo do comportamento de cargas electricas em repouso, quer em meios condutores quer em meios dielectricos. Os Circuitos Electricos - com particular destaque para os de corrente continua - sao estudados no capitulo X que inclui uma referencia a instrumentos de medidas electricas e termina com breves nocoes sobre correntes alternas. O capitulo XI e dedicado ao Electromagnetismo; o tratamento deste tema assenta nas leis de natureza experimental que traduzem os efeitos magneticos de correntes electricas (lei de Biot-Savart), a accao de um campo magnetico sobre uma corrente (lei de Laplace) e os fenomenos de inducao magnetica (leis de Faraday e de Lenz). O tratamento de ondas mecanicas e de alguns aspectos bem conhecidos do seu comportamento sao topicos abordados no capitulo XII - Ondas -sempre com base na observacao e despido de formalismo matematico. Neste capitulo faz-se um estudo rudimentar de ondas sonoras e introduz-se o conceito de ondas electromagneticas. A optica e apresentada no capitulo XIII; nele se abordam apenas questoes no limite de validade da Optica Geometrica. Todo o desenvolvimento deste capitulo conduz ao objectivo final: a compreensao do mecanismo da visao, atraves do qual tomamos conhecimento do mundo em que vivemos, e a sua extensao atraves do uso dos instrumentos opticos. Termina-se com uma referencia ao microscopio electronico e com algumas nocoes de fotometria. O livro aqui fica para quem o achar util. Entendemos que, se de algum modo contribuir para melhorar a compreensao e o interesse dos jovens estudantes pela Fisica, ele tera servido o fim para o qual foi proposto. INDICE GERAL CAPITULO I - Introducao CAPITULO II - Cinematica CAPITULO III - Dinamica CAPITULO IV - Trabalho e energia CAPITULO V - Movimentos vibratorios CAPITULO VI - Campo gravitico CAPITULO VII - Sistemas de particulas CAPITULO VIII - Mecanica de meios continuos: deformacao de solidos e comportamento de fluidos CAPITULO IX - Electrostatica CAPITULO X - Circuitos electricos CAPITULO XI - Electromagnetismo CAPITULO XII - Ondas CAPITULO XIII - Optica Geometrica APENDICE A - Nocoes matematicas APENDICE B - Leis da dinamica APENDICE C - Componentes da velocidade APENDICE D - Momento de um conjunto de forcas de resultante nula APENDICE E - Quantidade de movimento em relacao ao centro de massa APENDICE F - Nocoes sobre angulos solidos APENDICE G - Amplificacao angular NOTA BIBLIOGRAFICA